Przewodność anody tytanowej i mechanizm katalityczny Wprowadzenie

1. Mechanizm przewodzenia elektrody tlenkowej metalu

Przewodność elektryczna jest najbardziej podstawową cechą, jaką powinna mieć elektroda. Zgodnie ze strukturą atomową opisaną przez Goodenougha, Ti⁴⁺i O^2-orbitale elektronowe warstw są hybrydyzowane, tworząc wiązania δ i π. Elektrony walencyjne są wystarczające, aby wypełnić pasma niskiej energii δ i π, podczas gdy pasmo wysokiej energii pozostaje puste. Zgodnie z teorią struktury materiału, taka struktura cząsteczkowa nie jest łatwa do przewodzenia prądu. Aby uczynić Ti02 przewodzącym. Konieczne jest osadzenie elementów z jednym lub większą liczbą elektronów walencyjnych w Ti02, elektrony te mogą zająć pasmo przewodnictwa lub stać się nośnikiem lotosu.

Ru0₂jest tlenkiem metalu przejściowego o strukturze rutylowej. Zewnętrzna konfiguracja elektronowa Ru to 4d⁷5s¹. Po przekazaniu czterech elektronów dwóm atomom tlenu, atomy tlenu uzupełniają warstwę 8-elektronową, a w komunalizacji pozostają 4 wolne elektrony. Domieszkowanie Ru w TiO₂, stały roztwór powłoki można wyrazić jako: Ru_δTy_(n-δ)O_2ne_4δ (1.13)

We wzorze δ oznacza liczbę atomów Ti podstawionych przez Ru, a n jest liczbą atomów Ti w Ti0₂. Oprócz pełnego pasma w Ru0₂-Ty0₂w roztworze stałym występuje pasmo energetyczne zawierające elektrony (e_4δ). W porównaniu z elektronami w pełnym paśmie, elektrony w tym paśmie energetycznym są mniej związane i mogą zostać wzbudzone do pasma przewodnictwa przy energii zaledwie {{0}}.2ev, tak że zabroniona szerokość pasma Ti0₂jest równoważne izolatorowi. 3.05ev zawężone do 0.2ev, osiągając strukturę pasma energetycznego półprzewodnika. Ponadto, Ru0₂jest tlenkiem metalu z niedoborem tlenu, który zwiększa liczbę wolnych elektronów. Ponadto w różnych procesach systemu powłok tlenkowych część atomów tlenu jest zastępowana atomami chloru, co zwiększa liczbę niewspółdzielonych elektronów. Dlatego TiO₂jest osadzony w Ru0₂lub Ru0₂jest osadzony w TiO₂, a ta mieszanka sprawia, że ​​elektroda staje się przewodząca.

Domieszkowanie 1% mol Ta i Nb w TiO₂(oba mają tylko jeden elektron więcej niż Ti), którego przewodnictwo jest zwiększone odpowiednio 4160 razy i 5500 razy. W Ru0₂-Ty0₂Półprzewodnik typu n, donor ruten ma 4 wolne elektrony, co stanowi liczbę większą niż liczba wolnych elektronów, które mogą zapewnić Ta i Nb, więc przewodność tego stałego roztworu jest bardzo dobra.

2. Mechanizm katalityczny elektrody tlenkowej metalu

Ru0₂, Ir0₂, PbO itp. przygotowane przez rozkład termiczny są związkami o niestechiometrycznej strukturze defektowej. Biorąc pod uwagę rozkład termiczny RuCl₃na przykład przy 300 stopniach -500 stopnia, RuO_xkl_yH_zjest uzyskiwany. Ponieważ w sieci krystalicznej powstają wady tlenowe, Ru³⁺powinien być obecny. Kiedy do elektrody zostanie przyłożone napięcie dodatnie, najpierw Ru³⁺jest pobudzany do przenoszenia elektronów do matrycy tytanowej, generując Ru⁴⁺z silniejszym dodatnim centrum ładunku. Wyrażenie można zapisać jako:

Ru³⁺→ Ru⁴⁺ + e^- (1.14)

Ru⁴⁺+ Cl^- → Ru₄+Kl_reklamy+ e^- (1.15)

W tym czasie Ru⁴⁺jest aktywnym centrum na powierzchni katalizatora półprzewodnikowego i jest dodatnio naładowaną dziurą, która może przyjmować elektrony. Pod wpływem działania elektrostatycznego, Ru⁴⁺przyciągnie Cl^-na granicy tlenku i roztworu, powodując Cl^-do rozładowania na nim, a elektrony są transportowane do matrycy tytanowej przez Ru⁴⁺, wzór reakcji jest następujący:

Ru⁴⁺+ Cl^-→ Ru⁴⁺kl_reklamy+ e^- (1.16)

W tym czasie Ru⁴⁺kl_reklamyłączy się z Cl^-na interfejsie do produkcji Cl₂i Ru⁴⁺otrzymuje elektrony i przekształca się w Ru³⁺Wzór reakcji jest następujący:

Ru⁴⁺kl_reklamy+ Cl^- → Ru³⁺+C1₂ (1.17)

Ze względu na Ru⁴⁺, Ru³⁺są konwertowane z 4d⁴do 4d⁵i utworzenie C1₂zmniejsza również energię układu, reakcja jest łatwa do przeprowadzenia, więc wzór (1.14) przedstawia krok kontroli szybkości.

Naukowcy uważają, że na podstawie mechanizmu katalitycznego Ru02 PdO powstający w wyniku rozkładu termicznego PdCl₂jest niestechiometrycznym związkiem z niedoborem tlenu, a Pd⁺w sieci krystalicznej, a mechanizm wydzielania się chloru jest podobny do mechanizmu wydzielania się Ru³⁺, podsumowując w ten sposób tlenek metalu szlachetnego na bazie tytanu Mechanizm katalityczny elektrody jest następujący:

Mn⁺ → M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ + e^- (1.18)

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺+ Cl^- → M(n+1)+Płyty + e^- (1.19)

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺kl_reklamy+ Cl^- → Mn⁺+ Cl₂ (1.20)

Popularne Tagi: Wprowadzenie do przewodności anody tytanowej i mechanizmu katalitycznego, Chiny, producenci, dostawcy, fabryka, dostosowane, hurtowe, niska cena, w magazynie